为什么 `-1 * x` 比 `-x` 快，为什么？

Question

使用此代码：

include Benchmark
n = 10**8
r = []
Benchmark.benchmark(" "*7 + CAPTION, 7, FORMAT, ">avg:", ">total:") do |b|
  a = 1

  r << b.report("Benchmark -1:")   { (n).times do
    -1 * a
  end }

  r << b.report("Benchmark - :")   { (n).times do
    -a
  end }

  [(r.sum{|e| e }) / 2, r.sum{|e| e }]
end

我在 ruby 2.1.5p273 (2014-11-13 revision 48405) [x86_64-linux] 得到了这个结果：

                     user     system      total        real
Benchmark -1:  4.930000   0.000000   4.930000 (  4.938359)
Benchmark - :  5.650000   0.000000   5.650000 (  5.667566)
>avg:     5.290000   0.000000   5.290000 (  5.302962)
>total:  10.580000   0.000000  10.580000 ( 10.605924)

这看起来违反直觉，因为如果我猜的话，我会赌“-x”而不是“-1*x”更快。

为什么不同？还是我的测量存在重大缺陷？

Answer 1

如果您查看生成的字节码，可能会有所帮助。如果你把它简化为像

这样简单的东西

puts RubyVM::InstructionSequence.compile(<<-CODE
a = 1
-1 * a
CODE
).to_a.join("\n")


puts RubyVM::InstructionSequence.compile(<<-CODE
a = 1
-a
CODE
).to_a.join("\n")

您还可以使用 #~$ ruby --dump insns -e 'code' 打印指令序列（如 @Stefan 所述），这实际上会输出更清晰的输出。

#~$ ruby --dump insns -e 'a = 1; -a'
== disasm: <RubyVM::InstructionSequence:<main>@-e>======================
local table (size: 2, argc: 0 [opts: 0, rest: -1, post: 0, block: -1] s1)
[ 2] a          
0000 trace            1                                               (   1)
0002 putobject        1
0004 setdynamic       a, 0
0007 trace            1
0009 getdynamic       a, 0
0012 send             :-@, 0, nil, 0, <ic:0>
0018 leave            
#~$ ruby --dump insns -e 'a = 1; -1 * a'
== disasm: <RubyVM::InstructionSequence:<main>@-e>======================
local table (size: 2, argc: 0 [opts: 0, rest: -1, post: 0, block: -1] s1)
[ 2] a          
0000 trace            1                                               (   1)
0002 putobject        1
0004 setdynamic       a, 0
0007 trace            1
0009 putobject        -1
0011 getdynamic       a, 0
0014 opt_mult         <ic:1>
0016 leave

您会在字节码列表中注意到，在 -1 * a Ruby 中执行了一个 opt_mult，这基本上只是一个算术运算，并在内部进行了优化。另一方面，-a 位是一个 opt_send_without_block，这是一个实际的方法调用。我猜这就是第二个版本（有点）慢的原因。

为什么 `-1 * x` 比 `-x` 快，为什么？

Why is `-1 * x` faster than `-x` and why?

ruby

micro-optimization